Microwave power transmission has traditionally been used for long-distance applications so far. For the first time, we experimentally demonstrate efficient short-distance wireless power transfer based on microwave radiation. To overcome the directivity deterioration of an antenna as the transfer distance decreases in the near field, an electromagnetic rectifying surface is proposed for reflection-less microwave reception and rectification. The rectifying surface is an array of metamaterial particles integrated with rectifiers, as a whole its impedance engineered to match with free space. Therefore, it keeps fully receiving the radiated power in the near field of a transmitting antenna without reflection; and maximally converts it into direct current. A rectifying surface of 14 × 14 unit cells is fabricated, and a short-distance wireless power transfer system is developed. Under an input power up to 45 dBm at 2.45 GHz, the measured transmission efficiency (from the microwave input to the direct current output) reaches 52.3%, 52.5%, 47.9%, and 41.7% over a distance of 5, 10, 15, and 20 cm, respectively. Even when the incident angle severely deviates to ±52.5° on E- and H-plane, the transmission efficiency over distance 15 cm merely declines 12% and 22.2% at most, respectively. The presented wireless power transfer based on microwave radiation via an electromagnetic rectifying surface provides a highly efficient and distance/angle-alignment insensitive alternative to the common coupling-based coil solution for short-distance applications.

中文翻译：

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基于电磁整流面微波辐射的短距离无线电力传输

迄今为止，微波功率传输传统上用于长距离应用。我们首次通过实验证明了基于微波辐射的高效短距离无线电力传输。为了克服天线在近场传输距离减小时方向性变差的问题，提出了一种电磁整流面，用于无反射微波接收和整流。整流表面是与整流器集成的超材料粒子阵列，作为一个整体，其阻抗设计为与自由空间匹配。因此，它在发射天线的近场中保持完全接收辐射功率而无反射；并最大限度地将其转换为直流电。制作了一个 14 × 14 单元电池的整流表面，并研制了一种短距离无线电力传输系统。在 2.45 GHz 输入功率高达 45 dBm 的情况下，测得的传输效率（从微波输入到直流输出）在 5、10、15 和 5 的距离内分别达到 52.3%、52.5%、47.9% 和 41.7%，和 20 厘米，分别。即使入射角在 E 平面和 H 平面上严重偏离 ±52.5°，15 cm 距离上的传输效率也最多分别下降 12% 和 22.2%。所提出的基于微波辐射的无线电力传输通过电磁整流表面为短距离应用提供了一种高效且距离/角度对准不敏感的替代方案，以替代常见的基于耦合的线圈解决方案。测得的传输效率（从微波输入到直流输出）在 5、10、15 和 20 厘米的距离内分别达到 52.3%、52.5%、47.9% 和 41.7%。即使入射角在 E 平面和 H 平面上严重偏离 ±52.5°，15 cm 距离上的传输效率也最多分别下降 12% 和 22.2%。所提出的基于微波辐射的无线电力传输通过电磁整流表面为短距离应用提供了一种高效且距离/角度对准不敏感的替代方案，以替代常见的基于耦合的线圈解决方案。测得的传输效率（从微波输入到直流输出）在 5、10、15 和 20 厘米的距离内分别达到 52.3%、52.5%、47.9% 和 41.7%。即使入射角在 E 平面和 H 平面上严重偏离 ±52.5°，15 cm 距离上的传输效率也最多分别下降 12% 和 22.2%。所提出的基于微波辐射的无线电力传输通过电磁整流表面为短距离应用提供了一种高效且距离/角度对准不敏感的替代方案，以替代常见的基于耦合的线圈解决方案。传输效率在 15 cm 距离内最多仅分别下降 12% 和 22.2%。所提出的基于微波辐射的无线电力传输通过电磁整流表面为短距离应用提供了一种高效且距离/角度对准不敏感的替代方案，以替代常见的基于耦合的线圈解决方案。传输效率在 15 cm 距离内最多仅分别下降 12% 和 22.2%。所提出的基于微波辐射的无线电力传输通过电磁整流表面为短距离应用提供了一种高效且距离/角度对准不敏感的替代方案，以替代常见的基于耦合的线圈解决方案。